一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及电池管理技术领域，公开了一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法。通过本发明专利技术创造，可以利用超级电容来作为电量暂存媒介，并先选中高电压二次电池对超级电容进行恒流充电，再选中低电压二次电池接收来自超级电容的恒流放电，从而实现电池组主动均衡目的，既可以保证每次转移电量都是取高补低，避免了无效充放电循环，使得对电池寿命几乎没有影响，还可以利用DC‑DC恒流充放电技术保证均衡电流的恒定，使得不会因为电池之间的压差较小而影响均衡能力。另外，完成一次电池电压从高到低的均衡只需要2次电量搬移过程，均衡效率不受电池之间距离的影响，大大提高了均衡效率，即不论单体电池数目多少，都可以使均衡效率约等于0.9。

An Active Battery Battery Equalization System Based on Super Capacitor and Its Working Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法
本专利技术属于电池管理
，具体涉及一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法。
技术介绍
在诸如电动汽车、观光车、电动摩托车、太阳能储能、基站储能和大功率UPS电源(UninterruptiblePowerSystem，即不间断电源)等领域的电池管理系统中，电池均衡是指利用电力电子技术，使二次电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时保持相同状态，以避免过充或过放的发生。电池均衡一般分为主动均衡和被动均衡两种，其中，现有主动均衡技术主要包括有：电容式均衡、电感式均衡和变压器式均衡，但是三种主动均衡技术由于均衡效果差、均衡效率低和价格昂贵等因素导致在市场上用户量较低，具体如下所述。(1)电容式均衡：其是相邻电池通过电容进行电量转移，先是高电压的电池放电给电容充电，再用电容放电给相邻的低电压电池充电，以达到均衡目的，缺点是均衡能力取决于2个电池之间的电压差，压差越大均衡能力越大，压差越小均衡能力越小，而大多数电池组各电池的压差几乎都只有几十毫伏，均衡能力不能得到体现。另外一个问题是如果电池差异不是2个相邻的电池，而是第一个电池和最后一个电池，由于电容式均衡只能均衡相邻的电池，要完成第一个到最后一个电池的均衡就需要所有的电池都参与电量接棒转移，导致整组电池内部都在做无效的充放电，影响电池组的使用寿命。(2)电感式均衡：其与电容式均衡的方案差不多，都是通过相邻2个电池在做电量转移，只是电感式均衡的电流可以做得较大，但同样都存在压差大小影响均衡电量，同时影响电池组使用寿命也是避免不了的，电量损耗较大，虽然同步整流的效率可以做到接近95％，但是从第一个电池到第N个电池的均衡需要N次电量转移，那就是0.95的N次方效率，效率非常低下。(3)变压器式均衡：其优点是直接从整组电池取电对最低电压的电池充电，均衡能力不受电池间压差的影响，缺点是变压器是电磁转换装置，存在一定的漏磁，效率一般不会太高。第二个缺点是如果整组电池中有2个或以上的低压电池，那么就需要对所有低压电池都进行依次的充电，但是电量来源是从整组电池进行取电，那么就是出现原本要对1、2号电池都进行充电，但是在对1号电池充电时实际上由于电量来源是整组电池，所以此时2号电池也就被取走电量。同样当1号电池充电完成对2号电池充电时，也需要对1号电池也被取走电量。如此就造成了一部分无效的电量搬移，增加了电池的无效循环，影响整组电池寿命。
技术实现思路
为了解决现有主动均衡技术所存在的均衡效果差和均衡效率低等问题，本专利技术目的在于提供一种基于超级电容的电池组主动均衡系统及其工作方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，包括有电池组、电池电压采集模块、第一电池选通矩阵、控制模块、双向DC-DC恒流充放电模块和超级电容，其中，所述电池组由n个二次电池串联而成，所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端和第一负极连接端，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集模块的输出端电连接所述控制模块，所述控制模块还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端和所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端电连接所述超级电容的正极，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二负极连接端电连接所述超级电容的负极。优化的，所述电池电压采集模块包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路单元，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述模数转换电路单元的正极输入端和负极输入端；所述第二电池选通矩阵的选通控制端电连接所述控制模块，所述模数转换电路单元的输出端作为所述电池电压采集模块的输出端。进一步优化的，所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的正极输入端，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第四n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的负极输入端；所述控制模块还分别电连接所述第三n选1多路选择器的选通控制端和所述第四n选1多路选择器的选通控制端。具体的，在所述第二电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第二电控开关,其中，所述第二电控开关的受控端电连接所述控制模块。优化的，所述第一电池选通矩阵包括有第一n选1多路选择器和第二n选1多路选择器，其中，所述第一n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第一n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端，所述第二n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第二n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一负极连接端；所述控制模块还分别电连接所述第一n选1多路选择器的选通控制端和所述第二n选1多路选择器的选通控制端。具体的，在所述第一电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第一电控开关,其中，所述第一电控开关的受控端电连接所述控制模块。优化的，所述双向DC-DC恒流充放电模块包括有恒流降压电路单元、恒流升压电路单元、第三电控开关和第四电控开关；所述恒流降压电路单元的输入端和所述恒流升压电路单元的输出端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端，所述恒流降压电路单元的输出端电连接所述第三电控开关的一端，所述恒流升压电路单元的输入端电连接所述第四电控开关的一端，所述第三电控开关和所述第四电控开关的另一端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端；所述第三电控开关和所述第四电控开关的受控端分别电连接所述控制模块。优化的，还包括有通信连接所述控制模块的无线收发模块，其中，所述无线收发模块包括蓝牙无线收发模块、WiFi无线收发模块、ZigBee无线收发模块和/或GPRS无线收发模块。本专利技术所采用的另一种技术方案为：一种如前所述基于超级电容的电池组主动均衡系统的工作方法，包括如下步骤：S101.由电池电压采集模块采集获取电池组中各个二次电池的当前正负极间电压值，并将该当前正负极间电压值传送至控制模块；S102.由控制模块根据各个二次电池的当前正负极间电压值，确定当前正负极间电压值为最大值的最高电压电池和当前正负极间电压值为最小值的最低电压电池；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：包括有电池组(BAT1～n)、电池电压采集模块、第一电池选通矩阵、控制模块、双向DC‑DC恒流充放电模块和超级电容(HC)，其中，所述电池组(BAT1～n)由n个二次电池串联而成，所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述双向DC‑DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1‑)，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集模块的输出端(PVout)电连接所述控制模块，所述控制模块还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端(CT1～2)和所述双向DC‑DC恒流充放电模块的充放电切换端(CH1)，所述双向DC‑DC恒流充放电模块的第二正极连接端(PD2+)电连接所述超级电容(HC)的正极，所述双向DC‑DC恒流充放电模块的第二负极连接端(PD2‑)电连接所述超级电容(HC)的负极。

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：包括有电池组(BAT1～n)、电池电压采集模块、第一电池选通矩阵、控制模块、双向DC-DC恒流充放电模块和超级电容(HC)，其中，所述电池组(BAT1～n)由n个二次电池串联而成，所述电池电压采集模块用于获取所述电池组中各个二次电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1-)，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集模块的输出端(PVout)电连接所述控制模块，所述控制模块还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端(CT1～2)和所述双向DC-DC恒流充放电模块的充放电切换端(CH1)，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二正极连接端(PD2+)电连接所述超级电容(HC)的正极，所述双向DC-DC恒流充放电模块的第二负极连接端(PD2-)电连接所述超级电容(HC)的负极。2.如权利要求1所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述电池电压采集模块包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路单元，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极/负极，并用于使所述电池组中的任意一个二次电池可单独地并联所述模数转换电路单元的正极输入端(BAT+)和负极输入端(BAT-)；所述第二电池选通矩阵的选通控制端(CT3～4)电连接所述控制模块，所述模数转换电路单元的输出端作为所述电池电压采集模块的输出端(PVout)。3.如权利要求2所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的正极输入端(BAT+)，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的负极，所述第四n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路单元的负极输入端(BAT-)；所述控制模块还分别电连接所述第三n选1多路选择器的选通控制端(CT3)和所述第四n选1多路选择器的选通控制端(CT4)。4.如权利要求3所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：在所述第二电池选通矩阵的n+1个电池连接端与对应二次电池的正极/负极之间分别串联有第二电控开关(CK0/1/2/3～n),其中，所述第二电控开关(CK0/1/2/3～n)的受控端电连接所述控制模块。5.如权利要求1所述的一种基于超级电容的电池组主动均衡系统，其特征在于：所述第一电池选通矩阵包括有第一n选1多路选择器和第二n选1多路选择器，其中，所述第一n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端分别一一对应地电连接所述电池组中各个二次电池的正极，所述第一n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电模块的第一正极连接端(PD1+)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊，张鹏，
申请(专利权)人：成都极空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51